永磁機構真空斷路器工作原理 永磁機構真空斷路器的優勢

2020-12-07 電子發燒友

真空斷路器在電力系統中的使用越來越廣泛，對高可靠性斷路器的研究也越來越深入。不斷發展的計算機技術、智能控制技術和永磁技術，為這項研究提供了強大的技術支撐。隨之出現的永磁操作機構，則對研究理念帶來了巨大衝擊。

電力系統對開關設備的要求

高可靠性電力系統對開關設備有一個綜合性、全方面、系統化的要求，其核心就是提高設備的運行安全和動作的可靠性。它包括開斷性能的高可靠性、機械操作性能的高可靠性、絕緣性能的高可靠性、環境耐受能力的高可靠性和二次控制部分的高可靠性。

提高安全性能可以通過加強滅弧系統能力和絕緣水平、改善運行環境或防護等級和對二次部分的冗餘保護設計實現，而提高機構的動作可靠性則較難解決。機構的可靠性不僅涉及機械學、力學、材料學、電工學、電磁學等領域，而且涉及環境溫度、溼度、氣體腐蝕等因素。根據概率論原理，機構的結構越簡單則可靠性就越高，所以，簡化機構的結構就成為一個可能方向。永磁操作機構就因其簡化的結構而具有較多優勢。

嚴格講，「永磁操作機構」應該稱為「永磁保持的電磁操動機構」。它通過減少整體部件或移動部件數量，縮小了體積，增加了可靠性，通常只有一個運動部件，故障源少，機械壽命可輕易達到3萬~10萬次；結構簡單，零部件數量不足傳統彈簧操作機構的40％，通過對機構的簡化實現了操作機構的免維護；利用電磁性能實現脫、鎖扣功能，從結構上消除了故障頻率高的機械脫、鎖扣裝置。此外，永磁機構的合閘特性（出力特性）與真空滅弧室的反力特性達到近乎完美的匹配，這也是永磁機構能迅速佔領真空開關領域的重要原因。:高壓開關網

永磁機構真空斷路器工作原理

由於永磁機構相對於彈簧機構已經簡化很多，它的控制部分就相對複雜。提高控制部分的可靠性，就必須解決好以下幾方面問題：

1.控制迴路（或電氣迴路）的設計與優化，主要應決定控制器的控制方式及保護功能、自測、邏輯判斷和運算速度、大功率電子元器件的控制方式（MOSFET或IGBT）、輸入輸出型式等關鍵技術指標及實現指標的方式。

2.元器件的篩選，重點要控制好核心控制單元、電源模塊、大容量儲能電容、功率轉換模塊、輸出執行元件、蓄電池、位置判別元件等關鍵元件的質量。

3.控制迴路（或電氣迴路）的整體抗幹擾性能，包括抗脈衝幹擾（共模和差模）、抗靜電放電幹擾、抗輻射電磁場幹擾、抗快速瞬變幹擾、抗傳導電磁場幹擾和抗浪湧能力。

4.控制迴路（或電氣迴路）的整體抗震性能，包括抗機械震動能力、抗電氣震蕩能力、防雷、避雷能力等。

永磁機構真空斷路器集微機處理技術、現代網絡通信技術和新型開關製造技術於一體，主要技術參數包括：戶內永磁機構真空斷路器可達到額定電流3150安，短路開斷電流達到40千安，滿容量短路開斷次數50次，機械壽命3萬~10萬次；戶外永磁機構真空斷路器可達到額定電流1250安，短路開斷電流達到25千安，滿容量短路開斷次數50次，機械壽命3萬~6萬次。

永磁機構真空斷路器的優勢

永磁機構真空斷路器與真空滅弧室能良好配合，體積小、重量輕，不僅便於安裝，而且可為用戶節約大量的構架費和安裝費。控制單元緊湊，可以通過無線遙控器，實現在100米範圍內控制開關的分合，功能擴展方便，操作方式靈活，易於實現配電自動化。永磁機構真空斷路器具備了彈簧機構真空斷路器的一切功能。同時，它還能設計出全新的同步開關（選相開關），有效乃至徹底解決彈簧機構真空斷路器無法解決的問題。

解決真空斷路器投切大容量電容器組時產生的操作過電壓和湧流問題。由於電容器組負載的特殊性，投切電容器組時會不可避免地產生操作過電壓和在不同相位角下的合閘湧流。操作過電壓所帶來的直接後果就是引起過電壓擊穿和重燃；而合閘湧流最高能達到穩態時的4倍以上，並且持續時間長，對電氣設備的危害非常大。永磁機構真空斷路器一方面因為合閘彈跳的減小（可以很容易控制在0.1毫秒甚至更短的時間內），合閘衝擊力大幅減小，這樣使得投切大容量電容器組時重燃的機率大幅下降，減少了電弧對觸頭的燒損，有效解決重燃的問題；另一方面，完全可以通過控制器控制，在電壓為零時投入電容器，在電流為零時切開電容器，從根本上解決投切大容量電容器組易產生的操作過電壓和湧流的問題，從而提高真空滅弧室和永磁機構真空斷路器的整體機械和電氣壽命。

解決真空斷路器關合大容量空載變壓器時產生的合閘湧流問題。隨著電網中的變壓器容量的不斷增加，原本不明顯的關合空載變壓器時產生的合閘湧流問題會變得很突出。變壓器在穩態運行時的勵磁電流一般只有額定電流的2％~10％，但在電源接通的瞬間（合閘時），勵磁電流會達到很大，而且頻率也很高，這樣就形成了合閘湧流。在中、小容量的變壓器中，由於這種湧流的總量不是很大，因此對變壓器的衝擊影響也較小；但對大容量的變壓器，如果正趕上相位角為0°時操作，產生的湧流則能達到額定電流的10倍以上，對變壓器造成嚴重損害。利用同步開關的優勢，可以將合閘點控制在90°或270°附近，從而使合閘湧流大大降低，保證變壓器的運行安全，提高變壓器的使用壽命。

解決真空斷路器關合空載線路產生的操作過電壓的問題。在不同的電壓相位關合時，空載線路所產生的操作過電壓差異很大。其中，在相位角為90°時達到峰值，產生的過電壓能達到運行時穩態值的2倍以上，可以引起線路絕緣能力下降，導致局部放電加劇，甚至危及整個輸電線路的安全。利用同步開關的優勢，可以將合閘點控制在0°或180°附近，從而使關合操作過電壓大大降低，提高線路的運行安全水平。

結合計算機控制技術，實現在電流或電壓過零點時投、切斷路器。在這種情況下，不產生或稍產生一點電弧。因此，也就不用考慮如何滅弧了。這樣所帶來的突出好處是：對設備和電網的衝擊小，有利於設備和電網的安全運行；因為沒有或很少的電弧產生，使得開斷性能大幅提高，或在同樣容量條件下，使開關設備的體積大幅減小，減少材料的消耗，在降低成本的同時，提高了環保性能；可以大幅縮減滅弧材料和滅弧結構，優化產品設計，提高設備的可靠性。永磁技術和永磁機構真空斷路器經過近幾年的快速發展，其可靠性又有了大幅提高，已基本達到免維護、智能化的要求。它所顯現出來的眾多優勢，已決定了它是替代傳統彈簧操作機構真空斷路器的最佳產品之一，該產品完全能夠滿足電力系統的高可靠性要求。永磁技術及永磁機構在高電壓等級的斷路器中，也必將有著廣闊的發展前景。
 

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